當(dāng)前位置:首頁 > 電源 > 電源-LED驅(qū)動
[導(dǎo)讀]LED如何改善移動電話與PDA中的燈光效果和性能由于具備高照明效率、長效性與小體積,LED已成為便攜式設(shè)備,如移動電話與PDA等的必然選擇,約0.1W的低功耗白光LED目前正廣泛應(yīng)

LED如何改善移動電話與PDA中的燈光效果和性能

由于具備高照明效率、長效性與小體積,LED已成為便攜式設(shè)備,如移動電話與PDA等的必然選擇,約0.1W的低功耗白光LED目前正廣泛應(yīng)用在LCD顯示面板的背光與鍵盤照明上,當(dāng)然也可通過連接多顆LED帶來較高的亮度作為臨時照明或閃光燈等應(yīng)用,而可達1W的高功率LED則應(yīng)用在配備兩百萬像素,甚至更高分辨率的拍照手機中來支持黑暗環(huán)境中的拍照功能。除白光LED外,RGB(紅、綠、藍)光LED也經(jīng)常被用來強化移動電話的質(zhì)感,通過三種色彩精確適當(dāng)?shù)鼗旌?,RGB LED可創(chuàng)造出豐富多樣的色彩。

在指示應(yīng)用上,當(dāng)有來電或信息時可以讓彩色LED閃爍,或利用色彩來顯示發(fā)話者的身份,例如自行定義的群組,如朋友、家人或業(yè)務(wù)往來的來電,這項功能不僅為移動電話帶來個性化,同時在非常吵雜的環(huán)境中也相當(dāng)有用。為進一步強化使用者的影音感受,RGB LED也同時用來產(chǎn)生許多吸引人的發(fā)光效果,其中一個例子是將RGB的發(fā)光動作與響鈴的旋律或MP3音樂加以同步,另外一個RGB發(fā)光的有趣應(yīng)用則是日本松下公司的“Feel Talk”功能,由于RGB LED被安排在移動電話的機殼下方,因此可以依使用者的心情顯示不同的色彩。

LED效能的改善和電氣特性

在大量資金投注LED開發(fā)后,白光LED的照明效率比起剛發(fā)明時有了大幅度的改善,目前市場上最佳的白光LED照明效率可以達到100lm/W,相當(dāng)接近日光燈管,而一些領(lǐng)先公司也嘗試在藍光LED上使用不同的涂敷物質(zhì),并推出更佳發(fā)光效率的設(shè)計方案,因此提供面板背光所需的LED數(shù)目將持續(xù)下滑,目前移動電話上標(biāo)準(zhǔn)LCD面板所需的背光LED大約為2~4顆,而PDA或智能型手機上LCD面板的背光則需要6~10顆。在進一步討論LED背光與閃光燈的驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)與新功能前,先回顧一下移動電話與PDA中廣泛使用的LED以及電池的電氣特性。

依不同制造商所采用技術(shù)的差異,LED的正向電壓(Vf)大約在2.7~4V之間,通常高功率LED擁有高達4.9V的較高正向電壓,因此LED驅(qū)動電路就必須提供足夠的正電壓以便讓LED以正向偏壓的方式發(fā)光。當(dāng)采用多顆LED來提供背光時,在驅(qū)動電路設(shè)計上應(yīng)考慮正向電壓間的差距,為了得到相同的照明強度,也就是讓不同的LED發(fā)出相同的色彩,設(shè)計工程師必須確保流經(jīng)每顆LED的正向電流能夠相同,低功率LED通常采用20mA的正向電流,最大約為25mA,目前市場上的高功率LED則能以高達1.5A的脈沖電流來驅(qū)動。

電池的電氣特性

目前移動電話與PDA中最常見的電池為鋰離子或者鋰高分子可充電電池,采用鋰材料的可充電電池額定電壓范圍是3.6V~3.7V,工作電壓則為4.2V~3.2V,為確保能夠安全工作,這類型的鋰電池只能夠在1C的范圍內(nèi)充電或放電,這里C由電池的額定容量所決定,例如1,000mAh的電池最高放電電流為1A,移動電話通常使用的電池容量大約在650~1,000mAh之間。為改善電池的效能,采用不同陰極材料的新型鋰離子電池已開始開發(fā)。在使用這類電池組時,設(shè)計工程師應(yīng)該遵守電氣規(guī)格限制并據(jù)此調(diào)整驅(qū)動電路。

在使用最高正向電壓為3.4V~4V的LED時,由電池提供的輸入電壓必須等于或高于所需的驅(qū)動電壓,因此需要一個具有穩(wěn)定電流功能的升壓式轉(zhuǎn)換器來推動以串聯(lián)或并聯(lián)方式連接的LED。

電荷泵轉(zhuǎn)換器目前廣泛使用在LCD的背光驅(qū)動上,與采用電感式的升壓式轉(zhuǎn)換解決方案比較,電荷泵驅(qū)動電路由于具備較低的成本、較薄的厚度以及較低的噪聲特性而成為較佳的選擇,新推出的集成電路設(shè)計已經(jīng)逐漸改善電荷泵驅(qū)動電路的效率,目前最高效率可超過93%,而平均效率則約為80%。電荷泵驅(qū)動電路通常采1x與2x模式運作,部分設(shè)備中則加入了1.33x與1.5x模式來改善效率,在這類解決方案中,LED采用并聯(lián)方式連接,同時每個LED的電流由各自獨立的匹配電流源提供,最佳的驅(qū)動芯片在相同電路中任兩個LED電流間的匹配誤差約為0.2%。

在便攜式設(shè)備中,當(dāng)按鍵盤或觸摸屏?xí)r所用的LED電流最高,而在幾秒鐘沒有動作后,為降低功耗LED電流將降低,控制LED電流的一個常見方式是采用PWM脈沖來驅(qū)動芯片的使能端,通過啟動與關(guān)閉芯片,其輸出電流為PWM信號占空比的平均值。對于新LED驅(qū)動芯片,由于采用單根(S-Wire)或兩根線的I2C接口,故只需用一或兩個I/O口,因而設(shè)計非常簡單。

漸進式亮度變化與情境式照明

漸進式亮度變化主要應(yīng)用在便攜式設(shè)備啟動或關(guān)機時以創(chuàng)造劇場式的照明效果,在啟動時,背光電流會以預(yù)先設(shè)定的時間間隔以步進方式逐步放大到20mA,同樣在關(guān)機時采用相反的動作逐步降低,通過微處理器的幫助,可將具備不同頻率的PWM信號送到LED驅(qū)動電路的使能端來實現(xiàn)這樣的效果,以特定時間間隔將LED電流用多重步進的方式加大或降低,但這個方法的缺點是耗費實時處理器資源,在NCP5602與NCP5612這類的LED驅(qū)動芯片產(chǎn)品上就具有此功能,參考圖1。


圖1:典型的兩顆LED式電荷泵驅(qū)動器應(yīng)用。(a) 采用I2C控制接口的LED驅(qū)動電路;(b) 采用單線式S-Wire控制接口的LED驅(qū)動電路。

這些驅(qū)動芯片需要兩個箝位電容,分別位于輸出與輸入端以及一個用來控制最高輸出電流的電阻(R1),漸進式亮度變化控制指令則由處理器通過I2C或I/O口送到驅(qū)動芯片,指令本身應(yīng)該包含起始與最終電流值以及亮度變化的時間間隔。

如果應(yīng)用在RGB LED上時,這樣的功能就能夠用來產(chǎn)生情境式的照明效果,每個RGB LED都有32級亮度,像NCP5623這類的LED驅(qū)動芯片就可達到驚人的32,768種色彩變化,由于如此精細的亮度級差及內(nèi)嵌有對數(shù)算法,色彩的變化呈線性化且相當(dāng)柔順,RGB LED驅(qū)動電路包含用來調(diào)整3顆LED輸出電流的獨立控制PWM電流源,以便產(chǎn)生所需的色彩輸出。


圖2:具備I2C控制接口的典型RGB LED驅(qū)動芯片應(yīng)用。

由于每個電流輸出的時序與電流大小都可以獨立控制調(diào)整,因此我們就能夠使用白光或帶有色彩的LED,并利用不同的發(fā)光模式來實現(xiàn)豐富多彩的裝飾或指示,部分具備音頻輸入的電路還能夠讓彩色LED與內(nèi)部嵌入的MP3或和弦鈴聲的不同頻帶相同步。

ICON模式

您是否曾在黑暗中從移動電話上看時間,這時明亮背光與黑暗環(huán)境的強烈對比對眼睛來說相當(dāng)不舒服,如果您在觀賞電影過程中覺得無聊來看時間,還可能會干擾隔壁的觀眾,這也就是為什么采用“ICON”模式,即在待機模式下以微小的電流在外部LCD面板上顯示時間或用戶定義的圖片。不過如果這必須通過PWM亮度控制來實現(xiàn),那么處理器就得在整個待機模式下產(chǎn)生一個連續(xù)的低頻PWM信號,在NCP5602中,這個功能采用硬件方式實現(xiàn),并且通過表1中的數(shù)字命令來加以啟動。


表1:NCP5602的I2C內(nèi)部寄存器位安排。

由處理器送到驅(qū)動芯片的數(shù)據(jù)字節(jié)中的B5代表的是ICON模式的狀態(tài),當(dāng)B5為LOW時,表示使用的是正常的背光模式,每個LED的電流可以在0mA~30mA之間調(diào)整,當(dāng)B5為HIGH時,那么就會啟動ICON模式,并且只會將450μA的電流送到所連接的兩顆LED中的一個上,在這個器件中ICON模式的電流值為固定值,但在類似NCP5612的產(chǎn)品上,這個電流則可以通過單線式通訊協(xié)議來加以控制,圖3顯示了通過I2C通訊協(xié)議中SCL與SDA連接線的ICON控制程序。


圖3:ICON模式控制時的簡單SCL與SDA連接線上的數(shù)據(jù)順序。

線性穩(wěn)壓器/電流源解決方案

在使用具備約3.3V較低正向電壓的叢集式LED時,可選擇線性穩(wěn)壓器提供驅(qū)動電流,線性穩(wěn)壓器與開關(guān)轉(zhuǎn)換器比較,優(yōu)勢在于較低成本及較低電磁干擾,因線性穩(wěn)壓器只需在驅(qū)動芯片的外圍加入幾顆電阻,且無需使用開關(guān)器件,但這類解決方案的缺點是降低了電池電壓工作范圍,圖4顯示使用NUD4301低壓降線性穩(wěn)壓器做為兩顆LED驅(qū)動電路的情況,依標(biāo)準(zhǔn)0.2V壓降及3.3V的LED正向電壓考慮,穩(wěn)壓器將在電池電壓低于3.5V時離開穩(wěn)壓模式進入飽和模式,這將造成穩(wěn)壓器輸出電流大幅下滑且LED亮度變暗。但若最低電池電壓在可接受范圍,則線性穩(wěn)壓器還是小型LCD面板最具成本效益的背光解決方案。


圖4:采用線性穩(wěn)壓器NUD4301做為推動小型LCD面板背光的兩顆LED驅(qū)動電路。

移動電話上的臨時照明應(yīng)用

移動電話所提供的LED照明功能普遍被認(rèn)為是相當(dāng)精妙的設(shè)計,由許多手電筒現(xiàn)在都由數(shù)顆低功率LED組成,并通過相對較低的20mA到60mA電流驅(qū)動的趨勢可看出。這類照明可做為便攜式手電筒,但它微弱的照明強度對支持黑暗環(huán)境下的拍照動作卻顯不足,事實上必須要有一個或更多高功率LED才能支持1米或更遠的物體拍攝照明,阻礙工程師采用高功率LED的主要原因還是成本問題,但在臺灣地區(qū)與韓國制造商逐漸提高功率LED的產(chǎn)能后,預(yù)料單價將會開始下降。

高功率閃光燈用LED

在照明與閃光模式下通常使用不同的電流與驅(qū)動時間,例如在照明模式下可以使用200mA的連續(xù)電流,而在閃光模式下則采用400mA到1A的脈沖電流,閃光脈沖的時間長短依相機模塊的特性而定,通常閃光脈沖的寬度介于20ms到200ms之間,閃光驅(qū)動電路能支持閃光LED大約1A的驅(qū)動電流,提供LED高達4.9W的輸出,為讓LED的結(jié)溫維持在最高可容的范圍,必須用良好的溫度管理策略,將脈沖寬度縮小有助降低不必要的消耗,而較大的接地面積也是將熱量從LED導(dǎo)出的一個推薦方法。

單顆高功率閃光燈驅(qū)動電路

升壓式轉(zhuǎn)換器是支持高功率LED中最高達4.9V正向電壓的必備條件,但是就算是相同的LED芯片,正向電壓在不同條件下也會不同。當(dāng)LED升溫時,正向電壓可能會滑落到低于輸入電池電壓,因此就需要降壓式轉(zhuǎn)換器。技術(shù)上說,升降壓轉(zhuǎn)換器是推動單顆高功率LED最合適解決方案,但這類驅(qū)動芯片通常成本較高,同時需要配用提高總體成本與體積的外部電感。升降壓轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點則在于較高的整體效率,主要原因是完全使用了電池的能量,同時能提供超過1A甚至更高的超高輸出電流。新推出的高電流電荷泵驅(qū)動電路是升降壓轉(zhuǎn)換器的一個低成本替代解決方案。但電荷泵轉(zhuǎn)換器的輸出電流最高大約在700mA,主要還是受到較低效率以及從電池吸取電流的限制。

集成型照明管理芯片

具備背光與閃光功能,部分甚至還具備RGB與其它影音功能的集成型照明管理芯片(LMIC)目前已經(jīng)面市,它包含可采用電荷泵或電感式設(shè)計的升壓轉(zhuǎn)換器。每個輸出則由可調(diào)式電流源提供,這樣的解決方案在翻蓋式或滑蓋式手機中特別有用,因為它免去了由電源管理單元拉到電話另一面所需的長路徑。NCP5608是一個可提供高達500mA的總電流,配備8個輸出的集成型電荷泵驅(qū)動芯片,它的輸出電流可由處理器通過I2C端口來調(diào)節(jié),同時也能組成不同的LED配置來滿足各種平臺的需求。目前通過單線的數(shù)字控制已廣泛應(yīng)用在獨立型背光LED驅(qū)動芯片上,不過這樣的控制協(xié)議對LMIC來說速度太慢且太復(fù)雜,原因在集成驅(qū)動電路中需采用各種不同的控制組合。相反,在LMIC上通常會使用具有時鐘與數(shù)據(jù)線的I2C或其它專用控制協(xié)議。


圖5:集成型LED驅(qū)動芯片提供了各種不同的LED組合變化,從4顆以25mA電流驅(qū)動的背光功能與4顆提供閃光燈用的100mA LED,一直到結(jié)合所有輸出來推動一個高功率LED的閃光燈應(yīng)用。


圖6:具備內(nèi)部開關(guān)與時間限制保護的4.5W功率閃光燈驅(qū)動電路。

拍照手機中真正的閃光燈功能

市場上已出現(xiàn)300萬甚至更高像素的移動電話來支持高質(zhì)量的照相功能,為能讓LED提供與氙氣式閃光燈媲美的照明強度,可通過推動兩顆或更多的高功率LED作為閃光燈;具備4.5W高功率驅(qū)動能力的電感式升壓轉(zhuǎn)換器可以500mA的驅(qū)動電流推動兩顆串聯(lián)的LED。注意,在這類驅(qū)動電路中必須加入時間限制保護電路以避免LED長時間工作而損壞,同時驅(qū)動芯片中也應(yīng)加入開關(guān)來改變照明與閃光應(yīng)用時的電流大小。

本文小結(jié)

LED的批量供貨已經(jīng)讓移動電話與PDA上LCD面板背光用低功率LED的單價越來越低,新推出的背光驅(qū)動芯片也內(nèi)嵌步進式亮度控制以及不需任何軟件設(shè)計,同時也不耗費任何微處理器資源的情境照明控制功能,而這些LED驅(qū)動電路可以幫助便攜式產(chǎn)品制造商縮短開發(fā)時間。而在較低成本的解決方案上,則可以使用線性穩(wěn)壓器來推動正向電壓較低的LED。另一方面,市場上也出現(xiàn)幾種閃光燈驅(qū)動解決方案。分別為獨立型升降壓轉(zhuǎn)換器、高電流電荷泵驅(qū)動電路以及照明管理芯片。大部分的功率閃光燈可能包含幾個標(biāo)準(zhǔn)的LED或一顆高功率LED,目前拍照手機中高功率LED尚未普及的主要原因是單價較高。在部分高端移動電話中使用了兩顆LED以便提供較高亮度的閃光燈來強化拍照手機的拍照效果。在拍照手機逐漸取代數(shù)碼相機的趨勢下,更高功率的閃光燈解決方案將越來越普及,從而為用戶提供真正的拍照體驗。

作者:林欣欣

低電壓電源管理產(chǎn)品市場經(jīng)理

數(shù)字消費產(chǎn)品部

Crystal.Lam@onsemi.com

安森美半導(dǎo)體

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫毥谦F公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險,如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學(xué)會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(shù)(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉